Seonakdong river consists of stagnant sections whose flowrate is controlled by the Daejeo and Noksan gates. As a result, there is not a minimum flow during normal times. The Daejeo and Noksan gates are located at the upstream head and the downstream end of Seonakdong river, respectively. Seonakdong river is an estuarine tributary of Nakdong river, which is a reservoir-like river used for agricultural irrigation, with the gate at the estuary of the river to prevent the intrusion of saline. Since the construction of the water gates, the water quality of the river has become degraded. This could also be due to the internal loading of pollutants, especially nutrients, from the sediments of the river because of the elongated detention time by the water gates. This study was thus conducted for the purpose of evaluating the current hydrologic-cycle system and providing measures for the rehabilitation of the hydrologic cycle.
In this research, the daily outflow in Seonakdong River was simulated using the SWAT and SWMM models, and the water quality concentration including BOD, SS, TN, and TP were analyzed. The possibility of the application of SWAT-SWMM hybrid simulation was determined through the verification of both models. The error analysis shows that the results of both SWAT and SWAT-SWMM simulations make good agreements with those of field observations. For the single simulation results of SWAT, R2and NSE are 0.758, 0.511, respectively. For the hybrid simulation results of SWAT-SWMM, those are 0.880, 0.452, which means that the hybrid simulation can give more accurate results for the watershed where both the agricultural and urban areas exist.
Keywords : pollutant load, SWAT, SWMM, reservoir-like river, water gate 주제어 : 오염부하량, SWAT, SWMM, 호소형 하천, 수문
Abstract
*Corresponding author Tel:+82-55-320-3252, E-mail: [email protected](Kim,Y)
SWAT-SWMM 연계모의를 이용한 서낙동강 오염부하량 산정 방안 연구
A Study on Estimation of Pollutant Loads in Seonakdong River Using SWAT- SWMM Model
김정민1· 김영도1
Kim, Jung Min1· Kim, Young Do1*
1인제대학교 환경공학부(낙동강유역환경연구센터)
(2011년 10월25일 접수; 2011년 11월30일 수정; 2011년 12월3일 채택)
1. 서 론
하천에는 일정량의 수량과 오염물질이 항상 유입되 고 있으며, 이로 인하여 정상상태의 수리 및 수질특성 을 가지기 때문에 도시화, 인구증가, 산업화 등으로 인한 미래의 오염부하량을 산정하고 이를 기반으로 장래수질을 예측하는 연구는 많이 이루어져 왔다(정 은성 등, 2006). 그러나 본 연구 대상 하천인 서낙동강
은 상류와 하류에 위치한 수문으로 인해 정체수역을 이루고 있어 평소에는 하천규모에 비해 매우 적은 유 량이 흐르고 있는 반면 오염물질의 유입은 서낙동강 의 지류에서 계속되고 있다. 이러한 오염물질은 하수 처리장 같은 점오염원도 있으나 대부분 농지와 산지 유역으로 인한 비점오염원이 유입된다. 이와 같은 문 제를 해결하기 위한 가장 근본적인 방안은 서낙동강 의 지류에서 유출되는 유량과 오염물질 부하량을 추
정하여 서낙동강에 미치는 영향을 알아내어 적절한 수문운영을 통하여 수역 내의 유속을 적절히 조절하 고, 이를 통하여 수질개선 효과를 확보하는 것이다(강 덕호, 2008; Hwang 등, 2011). 이를 위해서는 장기간 현장 조사를 기초로 시험유역을 운영하여 장·단기 유역유출모형의 구축하고, 토지이용에 따른 오염부 하량 산정에 이와 같은 유역모형을 이용하는 방법이 있다. 서낙동강 유역은 도시지역, 농업지역, 삼림지역 등 다양한 형태의 토지이용이 이루어지고 있기 때문 에 이러한 복잡한 토지이용을 적절히 고려할 수 있는 모형이 필수적이다.
서낙동강의 수질 관리를 위한 기존 연구로서는 김 해시(2006)에서 수질오염총량관리 시행계획 수립을 위해 QUALKO 모형을 적용한 바 있고, 이남주 등 (2007)은 수문운영을 통한 서낙동강의 수질 변화를 2 차원 수치모형을 통해 수행한 바 있다. 또한 Hwang 등(2011)은 수문운영에 따른 정상 및 비정상상태의 유량과 수질변화를 QUAL2E 모형과 CE-QUAL-RIV1 모형을 사용하여 연구하였고, 이은주 등(2005)는 SWMM을 이용하여 도시유역(해반천)의 강우 유출특 성과 비점오염부하량 분석을 수행하였다. 이용진 등 (2009)은 주중천 유역 오염부하량 산정에 관한 연구 를 위해 SWMM 모형을 적용한 바 있으며, 이남주 (2011)는 하상오염물 제거에 따른 수질개선효과를 RMA4 모형을 이용하여 모의한 바 있다. 그러나 서낙 동강 유역의 경우 유역 내에 농경지 및 축산업이 활발 히 이루어져 있어 이로 인해 유출되는 비점오염원이 대부분이나 이를 분석한 연구가 부족하여 본 연구에 서는 농경지 및 축산업에서 유출되는 오염물질을 분 석할 수 있는 SWAT 모형을 이용하여 유출된 오염원 을 분석하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 다양한 토 지이용에 대하여 유역규모의 장기적인 모의가 가능 하나, 도시라는 토지이용의 해석에 부분적인 결함을 가지고 있는 SWAT 모형과 도시지역이라는 특정의 토지이용 부분에 강점을 가지고 있는 SWMM 모형을 연계하여 농촌유역과 도시유역이 혼재되어 있는 서 동강 유역에 두 모형의 연계 가능성을 검토해 보았다.
2. 연구 방법
2.1 연구 대상 유역
서낙동강 유역면적은 304.1 ㎢이고, 유로연장은 18.5 km로서 유역형상이 방사상과 우상의 혼합상으 로 비교적 구형을 이루고 있으며, 유역의 평균폭은 동 서방향으로 17~20 km, 남북방향으로는 약 18 km정 도이다. 연평균기온은 13.5〜15.3 ℃이며 연평균강수 량은 연 1,349 mm이다. 서낙동강은 평균 수면적이 7.8 ㎢이며, 저수량은 1,840만 ㎥로서 농업용수로 사 용하기 위해 설치한 수문에 의해 1년 중 대부분의 기 간 동안 유량이 정체되어 있다. 대저수문의 유입량 변 화와 농업용수의 사용량에 따라 하천수위가 영향을 받으며, 녹산수문의 운영에 따른 일시적인 방류에 의 하여 본류 구간의 교란이 일어나는 독특한 수문학적 특성을 가진다(서낙동강관계기관합동, 2005). Fig. 1 은 서낙동강 유역내 주요 지천의 현황과 상·하류에 위치한 대저수문 및 녹산수문을 나타내고 있다.
2.2 실험장치 및 구성
2.2 SWAT과 SWMM 모형의 특성비교
도시지역의 토지이용 특징은 크게 지표면특성, 배 수특성, 상류의 토지이용 특성으로 대변될 수 있다.
도시지역에서 지표면 특성은 불투수지역과 투수지역 의 크기와 형태, 위치 등으로 표현될 수 있고, 배수특 성은 다른 형태의 토지이용과 다르게 배수관망을 통 하여 임의의 지점으로 유출되는 것이다(김남원과 원 유승, 2004). 또한, 도시지역의 상류는 저밀도의 주거 지역, 농업지역, 산림지역 등 다양한 형태의 토지이용
Fig. 1. Location of study basin (Seonakdong River)
이 이루어지고 있다.
이러한 관점에서 SWAT 모형은 지표면 특징과 도시 지역 상류의 토지이용에 대한 특징은 고려되나, 배수 특성을 적절히 고려하지 못하는 단점이 있다. 또한, 도시지역의 토지이용 특징을 고려하기 위해 불투수 지역과 투수지역의 비율을 이용하여 지표면 유출량 을 산정하나, 증발산량 산정시 불투수지역의 특징을 고려하지 못하는 문제점을 가지고 있다. 반면, SWMM 모형은 지표면특성과 배수특성을 고려할 수 있는 큰 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 도시지역 의 유출 거동특성을 파악하기 위해 개발되었기 때문 에 도시지역 상류의 토지이용에 따른 유출거동의 특 성을 고려하기 힘들다는 단점이 있다(김남원과 원유 승, 2004).
SWAT과 SWMM 모형의 연계를 위해 두 모형이 포 함하고 있는 수문성분을 지표면 유출과 침투, 지하수 유출, 증발산량의 산정과 하도 및 수로/관의 추적으 로 분류한 후, 각 성분에 대하여 두 모형에서 이용하 고 있는 모식에 대한 비교를 시도하였다.
지표면 유출과 침투에서 SWAT 모형은 SCS CN 방 법과 Green-Ampt 방정식을 이용하고 HRU(Hydrologic Response Units) 면적에 대해 균일하게 침투하고 SWMM 모형은 Horton 방정식과 Green-Ampt 방정식 을 이용하며 투수면적에서만 침투하고 소유역에 대 해 균등하게 분포시킨다(김남원과 원유승, 2004). 지 하수 유출의 경우, SWAT 모형은 사용자가 입력한 한 계치에 따라 지하수 유출의 발생여부가 결정되나, SWMM 모형은 수로/관의 수위에 따라 지하수 유출량 을 산정할 수 있고, 이를 임의 소유역으로 유출시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 증발산의 경우, SWAT 모형은 침투와 증발산이 HRU의 전면적에서 발생한 다고 가정하는 반면 SWMM 모형은 투수지역에서만 발생한다고 가정한다. 이로부터 실제 증발산량을 산 정하기 위해 SWAT 모형은 상당히 복잡한 모식을 이 용하는데, SWMM은 간단히 계산한다는 것을 알 수 있으며, SWAT 모형의 경우 도시 HRU 전체에서 증발 산이 발생하는 문제점을 가지고 있다(김남원과 원유 승, 2004). 하도 및 수로/관의 경우, SWAT 모형은 한 개의 소유역에 한 개의 주 하도가 존재하며, 소유역내 모든 HRU의 지표면, 지표하, 지하수 유출량의 합이 소유역의 주 수로에 유입되어 추적된다. SWMM 모형
은 수로/관의 형태 및 종류를 다양하게 입력할 수 있 고, 소유역의 출구에 지표면 유출량이 유입되며, 지하 수 유출량은 사용자가 지정한 소유역 출구로 유입되 어 시간간격별로 추적된다(김남원과 원유승, 2004).
유역으로부터 유출되는 우수의 오염물의 양을 SWMM 모형으로 예측하는 연구는 국내외에서 다양 하게 수행된 사례가 있다. 국외의 경우, Temprano 등 (2006)은 스페인 Santander 지역의 하수관망 시스템 의 유출량 및 오염부하량을 SWMM 모형을 이용하여 추정한 바 있다. 국내의 경우, 장주형 등(2006)이 부산 시 온천천 유역에 대하여 SWMM의 흐름분할(Flow Divider) 기능을 적용하여 합류식 하수관거 월류수의 영항으로 인한 도시하천의 수질오염현상을 평가한 바 있고, 환경관리공단(2004)은 서울시와 경기도 일 대 도심지의 합류식 하수관거 월류수 및 분류식 우수 관거의 우수 유출에 대한 오염부하량을 평가하기 위 하여 SWMM 모형을 적용한 바 있다.
SWAT 모형에서 유역은 여러 개의 소유역으로 세분 되어 있고, 소유역은 토양도와 토지이용도를 이용하 여 같은 속성을 분류한 다수의 HRU가 존재하며, 도 시지역 HRU의 경우 투수지역과 불투수지역으로 구 분하여 지표면 유출량을 산정한다. SWMM 모형에서 유역은 여러 개의 소유역으로 이루어지며, 각각의 소 유역은 투수지역과 불투수지역으로 세분되어 각각의 수문성문을 산정한다. SWAT 모형의 HRU와 SWMM 모형의 소유역의 특성이 유사하므로 두 모형의 연계 가능성이 있다. 도시지역에 대해 SWAT 모형은 토양 통의 고려에 따른 증발산, 지표하 유출의 산정에 장점 이 있고, SWMM 모형은 수로/관의 수위를 고려한 지 하수 유출과 수로/관을 다양하게 고려하여 하도 추적 을 한다는 점에 장점을 가지고 있다(김남원과 원유승, 2004).
SWAT 모형은 장기간에 걸친 기상자료와 토양특성 및 토지이용 등에 따른 하천의 유출량, 유사량 및 수 질 특성에 관해 연구를 수행하기 위하여 국내외에서 다수의 유역에 적용된 사례가 있다. 국외의 경우, Arnold 등(1999)은 미국 텍사스주 6개 유역에 관하여 유역별 연평균 유사량 모의결과를 관측치와 비교하 여 모형의 적정성을 검토한 바 있다. 국내의 경우, 정 은성 등(2006)이 전형적인 도시하천 특성을 갖는 안 양천에서의 수량 및 수질 특성을 모의한 바 있고, 손
태석 등(2011)은 낙동강 유역을 대상으로 기후변화로 인한 하천 유량의 영향을 분석하기 위해 SWAT 모형 을 적용한 바 있다. 강형식 등(2011)은 기후변화에 따 른 하천 흐름 및 수질 영향 분석의 연구를 위하여 SWAT 모형을 낙동강 유역에 적용하여 EFDC 하천 모 형과 연계하고자 하였다. 또한 최근에는 특정 유역에 서의 기후변화에 따른 유출량 및 유사량, 또는 수질 영향을 평가하기 위하여 SWAT 모형이 적용된 바 있 다(박종윤 등, 2009; 예령 등, 2009; 박민지 등, 2010).
2.3 체류시간 변경 조건
SWAT모형의 운영에 필요한 기상자료는 일 강우 (Precipitation), 일 풍속(Wind Speed), 일 일조량(Solar Radiation), 일 최고온도(Maximum Temperature)·일 최 저온도(Minimum Temperature), 일 습도(Humidity)
이다. 1986~2008년도까지 김해공항 관측소에서 측정 한 일누계강우, 풍속, 일조량, 온도, 그리고 습도 기상 데이터를 사용하였다. SWMM 모형은 해반천 유역에 해당하는 SWAT모형과 동일한 기상자료를 사용하였 다.
SWAT모형에 사용되는 지형자료에서 Fig. 2에서 볼 수 있듯이 먼저 수치표고모형(Digital elevation model, DEM) 자료는 물의 흐름과 소유역을 구분하기 위해 Arcview GIS 프로그램을 이용하여 1:25,000 수치 지도 내 고도값 만을 분리한 후, Triangulated Irregular Network (TIN)을 형성하고 이것을 가로, 세로 각각 30 m × 30 m인 격자형태의 DEM을 만들어 사용하였다.
토양도는 농업과학기술원의 정밀토양도(1:25,000)를 사용하였으며, 토지이용도는 환경부에서 제공하는 토 지이용도를 사용하였다. 서낙동강 수계내에는 산림이
Fig. 2 Construction of watershed charactersitics in Seonakdong river (SWAT model)
(a) Connection of Watershed (b) DEM
(c) Soil (d) Landuse
약 37.2%,를 차지하며, 농업지역은 36.0%, 시가화 지 역은 14.8%, 수역이 6.3% 각각 차지하고 있다.
SWMM 모형에는 Fig. 3에서 볼 수 있듯이 DEM 자 료, 토양도, 토지이용도를 이용하여 Table 1에 유역의 경사, 소유역의 면적, 투수와 불투수 면적의 비율, 유
역 폭 등을 나타내었다. 도시내의 하수관거는 고려하 지 않고 해반천의 단면자료를 이용하여 하천단면만 을 고려하여 SWMM 유출 모의를 하였습니다.
2.4 분석 방법
Fig. 3 Construction of watershed charactersitics in Haeban stream (SWMM model)
(a) DEM (b) Soil type
(c) Landuse (d) Subcatchment division
22.3 7.9 2.8 0.36 75.5 18.07 4.5 87.1
Geograpical properties
Area A(ha)
Length L(km)
Width A/L(km)
Shape factor A/L2
Height (m)
Slope
(%) CN(Ⅱ) CN(Ⅲ)
Table 1. Urban watershed characteristics (Haeban stream)
Rate(%) 20.3 10.9 <0.1 48.2 4.9 <0.1 15.6 100.0
Land use
Urban land
Fallow
land Water Forest Grass Wet
land Agricultural Total
Rate(%) 42.9 28.1 22.8 6.2 100.0
Soil type A B C D Total
서낙동강 유역은 미계측유역으로 국가수자원관리 종합정보시스템(WAMIS)에서도 수위나 유량자료가 존재하지 않는다. 본 연구에서는 서낙동강 본류 2개 지점과 지류 5개 지점에 수위계를 설치하였으며, 해 당 유역의 수위계를 이용하여 강우시 유량 측정을 통 하여 수위-유량관계곡선을 작성하였다. Fig. 4와 Fig.
5는 서낙동강 주요 지류 및 본류에 설치한 7개의 실시
간 수위관측시스템의 위치와 설치 현황을 나타낸 것 이다. 예안천, 주중천, 신어천은 지천의 말단부에 수 위계를 설치하였으며, 조만강의 경우 하류에 수문의 영향으로 평소에는 유속이 측정되지 않으므로 해반 천 말단부와 합류부 이전의 조만강 본류 지점에 수위 계를 설치하였다. 동일한 지점에서 8일 간격으로 수 질 측정을 수행하였고, 수질측정방법은 수질공정시험
H1 149.0 1032.5 10.53 31.37 0.013 0.20
H2 49.7 396.8 2.383 5.25 0.013 0.20
H3 186.3 871.2 11.04 32.18 0.013 0.20
H4 116.0 1059.5 12.29 20.33 0.013 0.20
H5 177.6 3502.4 11.26 25.04 0.013 0.20
H6 70.3 539.6 0.13 14.81 0.013 0.20
H7 12.6 224.8 3.06 24.48 0.013 0.20
H8 87.6 697.8 0.00 27.55 0.013 0.20
H9 28.9 247.3 0.00 29.77 0.013 0.20
H10 16.8 397.9 2.17 23.87 0.013 0.20
H11 36.9 394.1 0.00 30.16 0.013 0.20
H12 16.5 400.2 0.00 25.72 0.013 0.20
H13 33.8 527.1 0.00 30.72 0.013 0.20
H14 97.1 1035.2 0.24 31.49 0.013 0.20
H15 35.6 462.5 48.64 11.39 0.012 0.15
H16 43.2 526.6 28.10 5.66 0.012 0.15
H17 22.8 581.6 35.36 8.63 0.012 0.15
H18 22.8 415.3 51.10 9.26 0.012 0.15
H19 8.56 550.0 81.11 6.44 0.012 0.15
H20 21.14 382.5 78.85 8.79 0.012 0.15
H21 61.1 621.7 48.88 12.60 0.012 0.15
H22 32.8 433.3 76.5 98.31 0.012 0.15
H23 112.2 1067.9 82.1 45.08 0.012 0.15
H24 89.7 584.9 74.46 13.09 0.012 0.15
H25 11.9 537.6 15.43 6.99 0.012 0.20
H26 6.8 382.1 66.66 7.38 0.012 0.15
H27 13.2 573.5 50.10 4.60 0.012 0.15
H28 6.5 332.8 9.17 4.33 0.013 0.20
H29 29.5 506.3 59.48 15.06 0.012 0.15
H30 54.1 622.2 79.4 66.27 0.012 0.15
H31 145.6 977.9 89.9 25.68 0.012 0.15
H32 167.1 944.1 62.46 13.24 0.012 0.15
H33 106.7 1120.3 7.62 21.82 0.013 0.20
H34 105.4 1739.1 3.43 37.34 0.013 0.20
Subcatch -ment Number
Area (ha)
Roughness coefficient Impervio
-usness
pervious -ness Characteristic
Width (m) Imperviousvess Slope (%) (%)
Table 2. Subcatchment characteristics (Haeban stream)
Fig. 4. Monitoring point of Stream gauge
(a) Sirye brige (b) Jujung brige
(c) Sineo brige (d) Jukdong brige
(e) Machal brige (f) Gangdong brige
(g) Gimhae brige
Fig. 5. Photographs of gauging stations
법에 준하여 실시하였다. Fig. 6은 2008년 4월부터 12 월까지 8일 간격으로 지천의 말단부에서 수질조사를 수행한 결과를 나타낸 것이다. 유속 측정은 수심이 깊 은 곳은 교량위 측정을 실시하였고, 그 밖의 작은 지천 들은 도섭법을 이용하였으며, Valeport사의 1차원 프 로펠라 유속계인 BFM001과 BFM002를 이용하였다.
3. 연구결과
3.1 민감도 분석
SWAT와 같이 다수의 매개변수들을 가진 복잡한 모 형의 경우, 실제적으로 모든 매개변수 값들을 데이터 로부터 직접 보정하지 못하고, 많은 경우에 주요 매개 변수 중심으로 보정 및 검증을 수행하게 된다. 하지만 이러한 보정 작업에도 시행착오법으로 인하여 많은 (c) Sineo stream (d) Joman River
Fig. 6. Observed data of water quality (2008)
Parameters Rank Method Parameters Rank Range
WW3 1 Caculation by GIS WASHPO 1 1.5~2.5
G6 2 Existing table QFACT2 2 Pollutant accumulate equation WSLOPE 3 Equivalent grade QFACT3 method 3 Pollutant accumulate equation
WAREA 4 W=(2-Sk) 。L RCOEF 4 1.0~10
Outflow Water quality
Table 4. Results of sensitivity analysis (SWMM model)
Parameters Rank Range Parameters Rank Range
GE_DELAY 1 ~500 RK1 1 0.02~3.4
ALPHA_BF 2 ~1.0 RK3 2 -0.36~0.36
CN2 3 25~98 USLE_K 3 ~0.65
SOL_AWC 4 ~1.0 SOL_CBN 4 0.05~10
Outflow Water quality
Table 3. Results of sensitivity analysis (SWAT model)
(a) Yean stream (b) Jujoong stream
노력과 시간이 요구되기 때문에, 본 연구에서는 민감 도 분석을 통한 해당 소유역에 대한 하천 유량과 수질 항목에 대한 각 모형의 매개변수별 민감도를 검토하 여 보정 및 검증에서 사용할 주요 매개변수들을 선정 하였다. Table 3와 Table 4는 이와 같은 민감도 분석 을 통해 본 연구의 보정 및 검증에 사용된 SWAT 모형 과 SWMM 모형의 주요 매개변수들을 나타낸 것이다.
3.2 모형의 보정 및 검증
SWAT 모형과 SWMM 모형의 보정은 2008년 6월에 서 9월까지 직접 실측한 자료를 이용하여 실시하였 고, 검증은 2008년 10월에서 12월까지 실측한 자료를 이용하여 실시하였다. SWAT 모형의 경우 유출 보정 후 유사보정, 영양물질 순으로 진행하였고, SWMM 모형도 RUNOFF 블록 보정 및 검증 후 TRANSPORT 블록 순으로 실시하였다.
최종적으로 SWAT-SWMM 모형의 연계 모의에 대 하여 모형의 보정 및 검증의 모형의 적용성을 평가하 기 위해 Table 5에 나타낸 결정계수(R2)와 모델효율 지수(EI)를 산정하여 검토하였다. Ramanarayanan 등 (1997)은 결정계수(R2)가 0.5 이상이고 모형효율지수 (EI)가 0.4 이상이면 모형이 자연 현상을 잘 모의하는 것으로 제안하였다. 본 연구에서 SWAT 단독모의결 과의 결정계수(R2)는 0.758, 모델효율지수(EI)는 0.511 이고 SWAT-SWMM 연계모의결과의 결정계수(R2)는 0880, 모델효율지수(EI)는 0.452 이다. 따라서 보정된 SWAT-SWMM 연계 모형은 농촌유역과 도시유역이
혼재되어 있는 서낙동강 유역의 유량 및 수질 모의에 적합한 것으로 판단된다. Fig. 7은 서낙동강 유역의 소유역중에서 조만강 유역에 대한 SWAT 모의 결과 와 해반천 유역의 SWMM 모의 결과에 대한 보정 결 과를 그래프로 나타낸 것이며, Fig. 8은 동일한 소유 역에 대한 검증 결과를 나타낸 것이다.
3.3 SWAT-SWMM 연계모의 결과
Fig. 9는 SWAT-SWMM 연계모의를 수행한 결과와 SWAT 단독 모의 결과와의 차이점을 분석하기 위하 여 관측치와 비교한 결과를 나타낸 것이다. 최대유량 만을 비교하여 봤을 때 시험유역 운영을 통해 얻어진 관측치의 첨두유량은 26.6 CMS이고, SWAT 모형 단 독 모의 값은 38.1 CMS였다. SWAT-SWMM 연계 모의 값은 29.6 CMS로 이번 연구의 결과만을 비교해 봤을 때는 SWAT 모형 단독 모의보다는 SWAT-SWMM 연 계모의가 보다 실측값에 유사한 결과를 보이는 걸 알 수 있다. 다만 SWAT-SWMM 연계모의 결과가 SWAT 단독모의 결과보다 EI 값이 낮게 나타났는데 이것은 SWMM 모형으로 모의한 해반천 유역에서 모의된 유 출량이 동일유역에 SWAT으로 모의된 유출량보다 적 게 나온 것으로 판단된다. 이와 같은 결과에 대한 원 인으로는 SWMM의 경우 융설을 모의하지 못하여 겨 울 유출량이 작고, 측방흐름 등을 계산하지 못하여 전 체 유출량이 작게 모의된 것으로 판단된다. Table 6은 SWAT-SWMM 연계모의를 통해 산정된 조만강 유역 에서의 BOD와 TP 부하량 값을 낙동강수계 오염총량
Table 5. The hydrological evaluation indices
(c) SS (d) SS
(e) CBOD (f) CBOD
(g) TN (h) TN
(i) TP (j) TP
Fig. 7. Calibration of SWAT and SWMM
Joman river (SWAT) Haeban stream (SWMM) (b) Flow (a) Flow
(c) SS (d) SS
(e) CBOD (f) CBOD
(g) TN (h) TN
(i) TP (j) TP
Fig. 8. Verification of SWAT and SWMM
Joman river (SWAT) Haeban stream (SWMM)
(a) Flow (b) Flow
관리 기본계획(경상남도, 2009)에서 산정한 낙본N06 소유역에서의 부하량 값과 비교하여 나타낸 것이다.
SWAT-SWMM 연계모의 결과, BOD의 경우 원단위를 통해 산정한 부하량보다 낮은 값을 나타내었고, TP는 이보다 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
4. 요약 및 결론
국내 대부분의 중소규모 유역은 도시유역과 농촌유 역의 혼합 형태로 이루어져 있으므로 본 연구에서는 정확한 유출모의와 수질모의를 위해 준분포형 모형 인 SWAT 모형과 도시유출모형인 SWMM 모형을 연 계하여 적용하고자 하였다. 기상 및 지형 자료와 대상 유역 내에 있는 점오염원 운영자료를 구축하여 각 모
형의 검보정을 실시하였다. 서낙동강 유역 내에서도 대표적인 도시 유역인 해반천 유역을 SWMM 모형으 로 모의하였으며, 이 결과를 조만강 유역의 점 오염원 으로 입력하여 연계 모의를 하였으며 모의결과를 통 해 구해진 오염부하량을 오염총량관리 기본계획에서 산정된 부하량과 비교하였다.
서낙동강 유역에 1개의 우량관측소와 7개의 수위관 측소로 이루어진 시험유역을 설치 및 운영하여 얻어 진 유량 및 수질 자료를 이용하여 SWAT 모형과 SWMM을 보정 및 검증을 수행한 결과, 본 연구에서 구축한 유역모형은 결정계수 0.5 이상으로 서낙동강 유역 유출 및 오염부하 현상을 잘 모의함을 확인할 수 있었다. SWAT-SWMM 연계모의를 통해 산정된 부하 량을 오염총량관리 기본계획(경상남도, 2009)에서 산 정한 결과와 비교한 결과, BOD의 경우 원단위를 통
Fig. 9. Results of SWAT-SWMM
(a) Flow (b) SS
(c) CBOD (d) TN (e) TP
Nakbon N06 BOD TP BOD TP
4909.6 363.9 4478.1 444.4
Sub-catchment TMDL (kg/day) SWAT-SWMM (kg/day)
Table 6. Comparison of pollutant loadings
해 산정한 부하량보다 낮은 값을 나타내었고, TP는 이보다 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구결과에 따르면 SWAT-SWMM 연계 모의 결과 가 보다 실측치에 근사하게 모의되는 것으로 나타나 나, SWAT 단독 모의와 SWAT-SWMM 연계 모의 결과 의 장단점을 정확하게 비교하기 위해서는 특성이 다 양한 유역에서의 추가적인 검토가 이루어져야 하며, 대상 시험유역내의 장기간의 자료 구축이 필요하다 고 판단된다.
감사의 글
이 논문은 2006년도 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국연 구재단의 기초연구사업 지원을 받아 수행된 것임(331-2006-1- D00595)
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